2021年二氧化氯的性质及作用

二氧化氯的性质及作用

欧阳光明（2021.03.07）

二氧化氯的性质 物性参数

学 名：二氧化氯

英 文 名 称：Chlorine dioxide 分 子 式：ClO2

相对分子质量：67.45（按1989年国际相对原子质量） 沸 点：11.0℃ 熔 点：-59.0℃

相 对 密 度：2.33（空气=1） * 有 效 氯：2.63(氯气有效氯=1)

有效氯是衡量氯消毒剂氧化能力的标志。是指与含氯消毒剂氧化能力相当的氯量（非指消毒剂所含氯量）。

物理性质：

二氧化氯在常温、常压下是一种黄红色气体（低浓度黄绿色），在外观和气味上与氯气相似。当空气中ClO2浓度大于10%易于爆炸。

受到阳光照射、遇高温物体、接触有机物、也可发生爆炸。若有铁锈、油脂、以及较多的有机粒子存在时，即使在安全体系和浓度（8%~12%）下，也会自发地分解。

二氧化氯具有刺激性气味，对人的眼、鼻、喉和呼吸道有较强的侵蚀作用，当空气中ClO2浓度为14mg/L时，就可使人察觉，45mg/L时，明显地刺激呼吸道。

二氧化氯在水溶液中较稳定，几乎全部是以单体自由基的形式存在。

二氧化氯腐蚀性很强，一般常见金属、不锈钢都可腐蚀（指高浓度）。

*欧阳光明*创编 2021.03.07

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化学性质： 强氧化性

二氧化氯在酸性条件下具有很强的氧化性： ClO2+4H++5e=Cl-+H2O ψ=+1.511V 在中性或碱性条件下： ClO2+e=ClO2- ψ=+0.95V

ClO2-+2H2O+4e=Cl-+4OH-ψ=+0.78V

氧化还原反应的程度取决于水中还原物质的强弱。 与无机物反应

水中少量的S2-、SO32-、SnO22-、AsO32-、 SbO32-、S2O32-、NO2-和CN-等还原性酸根均可被氧化去除。水中一些还原态的金属离子Fe2+、Mn2+、Ni2+等也能被氧化，如：

2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-

ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+ 8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+ 2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-

在中性溶液中，碘化钾、亚硫酸钠、亚砷酸钠及氧化铅，能把二氧化氯还原成亚氯酸盐。

在酸性溶液中（pH=1），氢化硼、碘化物及亚硫酸可将二氧化氯完全还原成氯离子。

水溶液中的歧化反应

二氧化氯水溶液的歧化反应进行得非常慢。 2ClO2+2OH-→ClO3-+ClO2-+H2O 6ClO2+3H2O→5HClO3+HCl

ClO2+Cl2+2H2O→2ClO3-+2Cl-+4H+ (酸性溶液) 2ClO2+HOCl+H2O→2ClO3-+Cl-+3H+（中性溶液） 与有机物反应

易于与二氧化氯进行反应的有机化合物是指肪烃的叔胺和酚类及芳香胺类。

a. 二氧化氯和酚反应较快，产物包括：1,4-苯醌；2-氯-1,4-苯醌；2,5-二氯-1,4-苯醌；2,6-二氧化氯-1,4-苯醌；2-氯酚；草酸和顺式丁烯二酸。

b. 二氧化氯与对苯二酚反应时，很快将其氧化成相应的苯醌，

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不发生环上的取代反应。

c. 二氧化氯和硫的化合物（包括硫胺素、硫代硫胺素、硫醇、有机二硫化物以及硫脲）发生反应。

判断二氧化氯与其它有机物反应应实验确定。

二氧化氯的作用 杀菌机理

二氧化氯与细菌及其它微生物细胞中蛋白质发生氧化还原反应，使其分解破坏，进而控制微生物蛋白质合成，最终导致细菌死亡。

二氧化氯对细菌壁有较强的吸咐的穿透能力（优于氯或次氯钠）。

二氧化氯不易使细菌产生抗药性。

[非氧化性杀菌剂如胺类杀菌剂是NH4-进入细菌组织内部，使内部组织产生变异，使细菌组织破坏，从而杀灭。这种方法时间长后，细菌逐渐地适应这个外来基团，使其失去杀菌作用，这就是细菌的抗药性。]

应用范围

 各种供水系统的消毒、灭藻、除铁、除锰、除味  医院污水消毒

 循环冷却水杀菌、灭藻、剥离粘泥  游泳池水、消毒

 中水回用中的消毒、除臭、脱色  含氰、含酚废水的无害化处理  化工废水脱色、降解COD  石油注井水的杀菌消毒、除垢  造纸工业纸浆漂白  纺织工业织物漂白  食品饮料行业消毒  家用消毒剂、除臭剂

 水产养殖业水体消毒及产品保鲜

几种消毒产品的比较

在水处理中常用的消毒剂有液氯、臭氧、二氧化氯、氯胺和紫

*欧阳光明*创编 2021.03.07

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外线等，应用较多的是液氯、臭氧和二氧化氯。

常用氯系消毒剂 液氯

液氯仍然是水处理过程中应用最多的消毒剂，这主要是由于它应用历史长，积累了丰富的运行管理数据，并且成本低、运输方便、在管网中可保持一定的持续杀菌效果的原因。但随着全球环境污染的加剧，在对一些遭受污染的水源进行处理时，氯化处理常需投加过量的氯气，研究证明这往往易生成大量的有机卤化物（如三氯甲烷）而造成水体的二次污染。对人体的健康产生潜在的危害。另外一些中小型水厂或污水处理厂采用氯气消毒，不仅占地面积大，而且由于管理不善常产生一些人身伤害事故。因此，近年来各国都在研究替代氯气的新一代消毒剂。

漂白粉

漂白粉是一种比较复杂的含氯化合物，一般以Ca(OCL)CL代表其分子式，为灰白色粉末，又氯味，在空气中易吸收水分和CO2，不稳定。

市场上的漂白粉有效氯含量为28%--35%。

市场价大约在3000元/吨左右。处理医院污水消毒成本为3元/吨。

漂粉精

属于较纯的次氯酸钙（俗称消毒片），为白色粉末。化学分子式为Ca(OCL)2。性能较稳定，市场上的漂粉精有效氯含量为60%--70%。市场价一般在6000元--7000/吨左右。处理医院污水消毒成本为3元/吨。

和一定量的填充剂混合，用机器压成片状就是俗称的氯片。

次氯酸钠

水溶液为黄色透明液体，其分子式为NaOCL。一般为水溶液状态，在水中的含量为8%--12%。在现场可用食盐水电解制备。市场价400—1500元。

一般吨水处理成本约为0.8—1.2元。

二氯（三氯）异氰脲酸钠

二氯异氰脲酸钠的有效氯为64%，易溶于水。

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三氯异氰脲酸钠的有效氯为90%，微溶于水。 市场价格一般在一万元左右 臭氧

臭氧是一种优良的消毒剂，其杀菌效果好，且有害副产物少。但目前臭氧发生装置的产率通常较低，设备昂贵，安装管理复杂，运行费用高，而且臭氧在水中溶解度低，衰减速度快，为保证管网内持续的杀菌作用，必需和其它消毒方法协同进行。

紫外线

紫外线消毒也是近来发展的一种新型消毒方法，它是通过灯管发出的紫外光对水体进行紫外线辐射，将水中的有害菌杀死。一般采用组合式灯管，在管道中进行消毒。

同时不改变水的物理化学性质，且不产生气味和其它有害的卤代甲烷等副产物，但该方法对消毒前的原水浊度要求较高，且必须保证一定的水流厚度，当水深较大时杀菌效果急剧下降。故现在只在纯净水等小型高标准水处理中应用较广。

紫外线消毒，一般也可满足杀菌要求，但缺点也十分明显。 一是：紫外光对污水的穿透能力较差，加上灯管易挂赃物，形成阻光膜，影响杀菌效果，因此要经常清理灯管。二是：紫外线属于物理杀菌，不能改变水中有毒有害物质的化学成分，而且没有余氯，缺乏持续杀菌能力。三是：灯管要定期更换。

二氧化氯

二氧化氯是一种强氧化剂和高效杀菌剂，自从美国尼亚加拉水厂最早将其作为消毒剂以来，在欧洲及美国得到广泛应用，其综合指标远远好于其他消毒剂，表1对几种消毒剂的各项指标作了一个综合比较，通过对比可知，二氧化氯发生器无论在安装、使用还是维护等方面都较其他消毒产品有很高的优越性，随着水源污染的日益加重及人们对水质要求的日益提高，二氧化氯必将成为广泛应用的新一代消毒产品。

*欧阳光明*创编 2021.03.07

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与纯二氧化氯发生器相比，复合二氧化氯发生器使用安全可靠，原料采用氯酸钠，在使用当中比纯二氧化氯生产原料亚氯酸钠要安全得多。亚氯酸钠属强氧化剂，性质活泼，容易爆炸或燃烧，水溶液浓度超过30%也容易发生爆炸，贮存和运输要求严格，包装需用金属桶，以防静电，使用时要轻拿轻放，不能与皮肤直接接触，国内曾发生过多次亚氯酸钠爆炸事故，因此相对较危险。

复合二氧化氯在水中残留亚氯酸根量少。采用亚氯酸钠为原料的纯二氧化氯发生器在饮用水处理中水中亚氯酸根残留量较高，由于亚氯酸根对人体红血球有损害作用， 生活饮用水卫生规范规定亚氯酸根须小于0.2mg/L。

二氧化氯同氯气混合使用时，具有协同消毒作用，二氧化氯较氯气活泼，优先于氯气与有机物发生氧化分解反应，可有效抑制处理后水中三卤甲烷等氯化致癌物的生成。

因此，在保证三卤甲烷等有机氯化物不超标的前提下，优先推荐使用复合二氧化氯。

各种消毒剂的比较见下表：

几种常用消毒方式的比较

项 目 消毒效果 除臭去味 PH的影响 水中的溶解度 THMs的形成 水中的停留时间 杀菌速度 等效条件所用的剂量 液 氯 较好 无作用 很大 高 极明显 长 中等 较多 臭 氧 很好 好 小，不等 低 当溴存在时有 短 快 较少 紫外线 一般 无作用 无 无 无 短 快 —— 二氧化氯 很好 好 小 很高 无 长 快 少 *欧阳光明*创编 2021.03.07

*欧阳光明*创编 2021.03.07 处理水量 使用范围 除铁、锰效果 氨的影响 原料 管理简便性 操作安全性 自动化程度 投 资 设备安装 占地面积 维护工作量 电耗 运行费用 维护费用 大 广 不明显 很大 易得 较简便 不安全 一般 低 简便 大 较小 低 低 低 较小 水量较小时 —— 无 —— 复杂 不安全 较高 高 复杂 大 大 高 高 高 小 水量较小时，悬浮物较少 不明显 无 —— 较复杂 —— 较高 较高 较复杂 小 较大 较高 较高 高 大 广 很好 无 易得 简便 安全 高 低 简便 小 小 低 低 低 *欧阳光明*创编 2021.03.07

*欧阳光明*创编 2021.03.07 * * * *二氧化氯在循环水冷却水中[38]的用法和用量应用方法投加方法正常投加：夏天2－3天一次，冬天3－5天一次。冲击式投加：夏天2周一次，冬天每月一次。在加氯时少量加入以提高杀菌效果投加浓度（mg/L）特点特别适合高PH值下冷却水杀菌灭藻，粘泥控制。正常投加控制细菌；冲击投加控制藻类及粘泥。0.5-1作主体杀菌剂2-3与氯协同杀菌加氯时同时投加0.1-0.5正常和冲击结合正常：0.5-1冲击：2－3提高杀菌力，同时减少氯用量及带来危害作氯的补充杀菌药剂在加氯时投放或系统菌藻超标时用系统泄漏或菌藻超标，用氯灭法控制状况下 应用方法投加方法冲击式投加：夏天2周一次，冬天每月一次。或认为粘泥超标时投加。系统藻类繁茂时，冲击式2天一次投加浓度（mg/L）特点作粘泥剥离剂3－5有效控制系统粘泥，提高系统换热效果及减少粘泥故障。作系统灭藻剂5－10迅速杀灭藻类，净化系统作系统停开车前清洗剥粘剂冲击式投加，停车或开车前加2－3次3－5停车前投加可减少清洗剂用量，减少系统腐化；开车前投加可减少其他杀生剂用量。 *欧阳光明*创编 2021.03.07